【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 若將氫與氧的熱化學(xué)方程式改寫(xiě)為 kJ?mol1(放熱 ) 而其它條件均不變 ， 則反應(yīng)進(jìn)度變?yōu)?1mol， 過(guò)程的化學(xué)變化熱為 可見(jiàn) ， 反應(yīng)進(jìn)度與反應(yīng)方程式的寫(xiě)法有關(guān) ， 但過(guò)程的化學(xué)變化熱不變 。 2H 2 ( g ) + O 2 ( g ) 2H 2 O ( l ) or ??? trc ?????? Thermal in Chemical Changes 制作人 :王志祥等 Pharmaceutical Engineering 化學(xué)反應(yīng)熱與反應(yīng)物和產(chǎn)物的溫度有關(guān) 。 熱力學(xué)中規(guī)定化學(xué)反應(yīng)熱是反應(yīng)產(chǎn)物回復(fù)到反應(yīng)物的溫度時(shí) ， 反應(yīng)過(guò)程放出或吸收的熱量 。 若反應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài) (250C和 ?105Pa)下進(jìn)行 ， 則化學(xué)反應(yīng)熱又稱(chēng)為標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)反應(yīng)熱 ， 用符號(hào) 表示 。 0rH? Thermal in Chemical Changes 制作人 :王志祥等 Pharmaceutical Engineering 化學(xué)反應(yīng)熱可從文獻(xiàn) 、 科研或工廠(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)中獲得 。 當(dāng)缺少數(shù)據(jù)時(shí) ， 也可由生成熱或燃燒熱數(shù)據(jù)經(jīng)計(jì)算而得 。 to Standard Heats of Formation to Standard Heats of Combustion conditions Thermal in Chemical Changes 制作人 :王志祥等 Pharmaceutical Engineering 由蓋斯定律得 (518) 產(chǎn)物 反應(yīng)物 式中 ? —— 反應(yīng)物或產(chǎn)物在反應(yīng)方程式中的系數(shù)； —— 反應(yīng)物或產(chǎn)物的標(biāo)準(zhǔn)生成熱 ，kJ?mol1。 ? ???? ???? i0fii0fior )H( )H( HofH? to Standard Heats of Formation 制作人 :王志祥等 Pharmaceutical Engineering 物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)生成熱數(shù)據(jù)可從有關(guān)手冊(cè)中查得 。 但應(yīng)注意 ， 一般手冊(cè)中標(biāo)準(zhǔn)生成熱的數(shù)據(jù)常用焓差 ， 即 表示 ， 并規(guī)定吸熱為正 ，放熱為負(fù) ， 這與式 (51)中的符號(hào)規(guī)定正好相反 。 為使求得的 的符號(hào)與式 (51)中的符號(hào)規(guī)定相一致 ， 在查手冊(cè)時(shí)可在 前加一“ ?” 號(hào) 。 orH?ofH? ofH? to Standard Heats of Formation 制作人 :王志祥等 Pharmaceutical Engineering 由蓋斯定律得 (519) 反應(yīng)物 產(chǎn)物 式中 — 反應(yīng)物或產(chǎn)質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱 ， kJ?mol1。 物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱也可從有關(guān)手冊(cè)中查得 。 同樣 ,在查手冊(cè)時(shí)應(yīng)在 前加一 “ ?” 號(hào) ,以使 的符號(hào)與式 (51)中的符號(hào)規(guī)定相一致 。 ? ???? ???? i0cii0cior )H( )H( HocH?cH?orH? 2. According to Standard Heats of Combustion 制作人 :王志祥等 Pharmaceutical Engineering 若反應(yīng)在 toC下進(jìn)行 ， 且反應(yīng)物和產(chǎn)物在 (25~t)oC之間均無(wú)相變化 ， 則可設(shè)計(jì)如下途徑完成該過(guò)程 由蓋斯定律得 (520) 反應(yīng)物 產(chǎn)物 式中 t— 反應(yīng)溫度 ， oC； Cpi— 反應(yīng)物或產(chǎn)物在(25~t) oC之間的平均定壓比熱 ， kJ?mol1? oC1。 ? ???? ?????? piipiiortr C)25t(C)25t(HH反應(yīng)物 t oC 產(chǎn)物 t oC 反應(yīng)物 25oC (t25)??iCpi (t25)??iCpi trH? 0rH?產(chǎn)物 25 oC 3. Off standard conditions 制作人 :王志祥等 Pharmaceutical Engineering 若某反應(yīng)物或產(chǎn)物在 (25~t)oC之間存在相變 ，則式 (520)等號(hào)右面的加和項(xiàng)應(yīng)作修正 。 例如 ，若反應(yīng)物中的 j組分在溫度 t39。(25 t?t)時(shí)發(fā)生相變 ，則可設(shè)計(jì)如下途徑完成該過(guò)程 3. Off standard conditions 制作人 :王志祥等 Pharmaceutical Engineering 式中 ?j— 反應(yīng)物 j在化學(xué)反應(yīng)方程式中的系數(shù)； rj— 反應(yīng)物 j在 t39。 oC時(shí)的相變熱 ， kJ?mol1。 應(yīng)注意物質(zhì)的相態(tài)不同，其 Cp值也不同 3. Off standard conditions 制作人 :王志祥等 Pharmaceutical Engineering 例 52 物料衡算數(shù)據(jù)如表 43所示 。 已知加入甲苯和濃硫酸的溫度均為 30oC， 脫水器的排水溫度為65oC， 磺化液的出料溫度為 140oC， 甲苯與硫酸的標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)反應(yīng)熱為 ?mol1(放熱 )， 設(shè)備 (包括磺化釜 、 回流冷凝器和脫水器 ， 下同 )升溫所需的熱量為 105kJ， 設(shè)備表面向周?chē)h(huán)境的散熱量為 104kJ， 回流冷凝器中冷卻水移走的熱量共 105kJ。 試對(duì)甲苯磺化過(guò)程進(jìn)行熱量衡算 。 Examples of Energy Balance 制作人 :王志祥等 Pharmaceutical Engineering 有關(guān)熱力學(xué)數(shù)據(jù)為：原料甲苯的定壓比熱為 kJ?kg 1?oC 1； 98%硫酸的定壓比熱為?kg1?oC1；磺化液的平均定壓比熱為 kJ?kg1?oC1；水的定壓比熱為 ?kg1?oC1。 Examples of Energy Balance 制作人 :王志祥等 Pharmaceutical Engineering 解：對(duì)甲苯磺化過(guò)程進(jìn)行熱量衡算的目的是為了確定磺化過(guò)程中的補(bǔ)充加熱量 。 依題意可將甲苯磺化裝置 (包括磺化釜 、 回流冷凝器和脫水器等 )作為衡算對(duì)象 。 此時(shí) ， 輸入及輸出磺化裝置的物料還應(yīng)包括進(jìn) 、出回流冷凝器的冷卻水 (參見(jiàn)圖 311)， 其帶出和帶入熱量之差即為回流冷凝器移走的熱量 。 若將過(guò)程的熱效應(yīng)作為輸入熱量來(lái)考慮 ， 則可繪出如圖 51所示的熱量衡算示意圖 。 Examples of Energy Balance 制作人 :王志祥等 Pharmaceutical Engineering 圖 51 甲苯磺化裝置熱量衡算示意圖 反應(yīng)原料帶入熱量Q 1磺化過(guò)程補(bǔ)充加熱量Q 2過(guò)程的熱效應(yīng)Q 3反應(yīng)產(chǎn)物帶出熱量Q 4設(shè)備升溫所需熱量Q 5設(shè)備表面向環(huán)境的散熱量Q 6回流冷凝器移走熱量Q 7甲苯磺化裝置 Examples of Energy Balance 制作人 :王志祥等 Pharmaceutical Engineering 則熱量平衡方程式可表示為 取熱量衡算的基準(zhǔn)溫度為 25oC， 則 7654321Q ?????? )2530( 0)2530( 0Q41?????????? Examples of Energy Balance 制作人 :王志祥等 Pharmaceutical Engineering 反應(yīng)中共加入 98%濃硫酸的質(zhì)量為 1100kg， 其中含水 22kg。 若以 SO3計(jì) ， 98%硫酸的質(zhì)量分率為80%。 由式 (513)得 cp3 Q ??121s)OH kg(kJ mm1)15t(mm12111H?????????? Examples of Energy Balance 制作人 :王志祥等 Pharmaceutical Engineering 反應(yīng)結(jié)束后 ,磺化液含硫酸 ,水 。 以SO3計(jì) ,硫酸的質(zhì)量分率為 %。 則 所以 122s)O Hkg(kJ .61833 )1525(2111H??????????? 4p ?????? Examples of Energy Balance 制作人 :王志祥等 Pharmaceutical Engineering 反應(yīng)消耗的甲苯量為 979kg， 則 9210979Q63c????? Q664cp3???????? Examples of Energy Balance 制作人 :王志祥等 Pharmaceutical Engineering 表 52 甲苯磺化過(guò)程熱量平衡表 項(xiàng)目名稱(chēng) 熱量 / kJ 項(xiàng)目名稱(chēng) 熱量 / kJ甲 苯： 1000 kg 磺 化 液： 1906 . 9 k g濃硫酸： 1 1 0 0 kg1 . 6 6 ? 104脫水器排水： 1 9 3 . 1 k g3 . 81 ? 105過(guò)程熱效應(yīng) 1 . 3 2 ? 106設(shè)備升溫 1 . 3 ? 105補(bǔ)充加熱 2 . 1 6 ? 105設(shè)備表面散熱 6 . 2 ? 104冷卻水帶走熱量 9. 8 ? 105輸入合 計(jì) 1 . 5 5 ? 106輸出合 計(jì) 1 . 5 5 ? 106 Examples of Energy Balance 制作人 :王志祥等 Pharmaceutical Engineering 例 53 物料衡算數(shù)據(jù)如表 44所示 。 已知乙醇的進(jìn)料溫度為 300oC， 反應(yīng)產(chǎn)物的溫度為 265oC， 乙醇脫氫制乙醛反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)反應(yīng)熱為 ?mol1(吸熱 )， 乙醇脫氫生成副產(chǎn)物乙酸乙酯的標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)反應(yīng)熱為 ?mol1(吸熱 )， 設(shè)備表面向周?chē)h(huán)境的散熱量可忽略不計(jì) 。 試對(duì)乙醇脫氫制乙醛過(guò)程進(jìn)行熱量衡算 。 Examples of Energy Balance 制作人 :王志祥等 Pharmaceutical Engineering 有關(guān)熱力學(xué)數(shù)據(jù)為： 乙醇的定壓比熱為 ?mol1?oC1； 乙醛的定壓比熱為 ?mol1?oC1； 乙酸乙酯的定壓比熱為 ?mol1?oC1； 氫氣的定壓比熱為 ?mol1?oC1。 Examples of Energy Balanc